parte 14 nível

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INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE DE PROCESSOS 
 
 
MEDIÇÃO DE DENSIDADE 
 
Introdução 
 
A medição da densidade de líquidos fornece uma informação valiosa para a 
determinação da concentração ou da composição de uma solução. 
 
Por outro lado, a medição da vazão de Ilíquidos e gases é influenciada pela 
densidade; a sua medição pode portanto ser utilizada para se efetuar as correções 
necessárias. 
 
Define-se como densidade absoluta, ou simplesmente densidade a massa contida na 
unidade de volume. 
 
Densidade relativa, para líquidos, e a razão entre a densidade absoluta do liquido e a 
densidade da água, em condições especificadas. 
 
Ex.: d��/�� ou d���� é a densidade relativa de um líquido a 20°C, em relação a água, a 
15°C. 
 
A densidade relativa de gases é em geral considerada em relação ao ar, estando, 
ambos nas mesmas condições de pressão e temperatura. O mesmo numero exprime, 
aproximadamente, a relação entre o peso molecular do gás e o do ar (= 29). A 
densidade relativa é um numero puro, não dependendo do sistema de unidades 
adotado. 
 
 
Unidades 
 
A densidade absoluta pode ser medida em qualquer unidade de massa, dividida por 
qualquer unidade de volume. 
 
As unidades mais comuns são g/m³, g/litro, kg/m³, libras/pé cúbico e libras/galão. As 
conversões podem ser feitas como segue: 
 
1 g/m³ = 1000 g/litro = 1000 kg/m³ = 62,43 libras/pé cúbico = 8,345 libras/galão 
 
Algumas escalas especiais são comumente utilizadas: 
 
Escala Baumé, para líquidos menos densos que a água: 
 
Escala Baumé, para líquidos mais densos que a água: 
 
Escala A. P. I., para produtos de petróleo: 
 
 
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Escala Quevenne, utilizada na industria de leite: 
 
 
Escala Twaddell, para líquidos mais densos que a água: 
 
 
Escala Brix, usada na industria açucareira – indica a porcentagem de açúcar em peso, 
na água a 20°C. 
 
Hidrômetros 
 
O hidrômetro consiste de um flutuador com uma haste indicadora de pequeno 
diâmetro no tipo (Fig.1I). 
 
A haste pode ser graduada em qualquer 
unidade, entre as citadas acima. Pelo principio 
de Arquimedes, o peso do volume de líquido 
deslocado pelo flutuador é igual ao peso do 
próprio flutuador. Quanto maior a densidade do 
líquido, menor o volume deslocado, e portanto 
mais alto estará o flutuador. A leitura e feita no 
ponto onde a haste atravessa a superfície do 
liquido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O hidrômetro pode ser montado em um suporte do rotâmetro, contendo opcionalmente 
um termômetro para que se possa fazer a compensação de temperatura ambiente 
(Fig. 2). O flutuador pode possuir uma haste 
metálica no extremo inferior, que serve de núcleo 
em um sistema de ponte de indutâncias, permitindo 
assim que a medição seja transmitida a distancia. 
 
Hidrômetros são dispositivos simples, precisos, sem 
atrito, de indicação direta, e compatíveis com a 
maioria dos líquidos corrosivos. Entretanto, efeitos 
de velocidade, turbulência e viscosidade devem ser 
minimizados, para que a indicação não seja 
afetada. Não podem ser utilizados com fluidos 
viscosos, que possam aderir ao flutuador. 
 
 
 
 
 
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Sensores tipo Deslocamento 
 
Nos sensores tipo deslocamento, o flutuador é completamente imerso no líquido. No 
sensor ilustrado na fig.3, o flutuador é preso as 
paredes de um tubo por duas correntes. 
Quando a densidade aumenta, o flutuador se 
move para cima, passando a suportar uma 
porção maior da corrente. No equilíbrio, o 
aumento do empuxo é cancelado pelo aumento 
de peso da corrente. 
 
Incluem-se também nessa categoria sensores 
semelhantes aos do tipo de flutuador utilizados 
na medição de nível. A força resultante (peso-
empuxo) é transmitida para o exterior por 
intermédio de um tubo de torque. 
 
 
 
 
 
Da mesma maneira que os hidrômetros, os sensores tipo deslocamento também são 
sensíveis a efeitos de velocidade, turbulência e viscosidade, não devendo ser 
utilizados com líquidos que possam aderir ao flutuador, alterando dessa maneira o seu 
peso. 
 
 
Medidores de Pressão Diferencial 
 
A pressão exercida por uma coluna liquida com altura fixa e proporcional a densidade 
do liquido. 
 
Medidores de pressão diferencial, podem ser utilizados para a medição de 
densidade, de maneira semelhante a medição de nível. 
 
A fig. 4 mostra um arranjo simples, que pode 
ser utilizado quando houver possibilidade de 
passar o liquido por um tanque aberto para a 
atmosfera. O nível é mantido constante, 
deixando-se para tanto o líquido escapar por 
um ladrão. A faixa de medição se estenderá 
de H.D min. a H.D max., sendo H a altura da 
coluna, D min. a densidade mínima e D max. 
a densidade máxima. Deve-se, portanto, 
especificar um instrumento com "zero" igual a 
H.D min, ("supressão" de H.D min) e um 
"span" igual a H.D max -H.D min. 
 
 
Exemplo 
 
Um medidor de densidade, como descrito acima, devera ser utilizado medir a 
densidade de um liquido, que pode variar de 1,0 a 1,2. Dispõe de um medidor de 
pressão diferencial, que permite um ajuste de "span" de 20" H�O. Qual deve ser a 
altura do tanque, e qual a faixa de medição ao medidor? 
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"span" = H.D max - H.D min 
 
Portanto, 20" H�O = H . 1,2 – H . 1,0 = 0,2 H portanto H = 100” 
 
"zero" = H.D min = 100” . 1 = 100” 
 
Faixa de medição: 100 a 120" H�O 
 
 
 
Obs.: O tanque devera ter paredes lisas, e um diâmetro suficientemente grande para 
que a perda de carga devida a passagem do liquido seja tão pequena que não 
influencie a medição. 
 
Quando não se dispuser de instrumento 
com a supressão necessária, pode-se 
usar o arranjo da Fig. 5, em que a 
supressão é obtida por intermédio de uma 
coluna preenchida com um liquido de 
densidade conhecida. Convém, nesse 
caso, fazer com que a pressão exercida 
pela coluna de referencia seja igual a 
pressão exercida pelo liquido a ser 
medido, quando a sua densidade se 
encontrar no extremo inferior da faixa. 
 
Outra possibilidade é a de ser usar duas 
linhas de purga de ar, como mostra a fig. 
6. 
 
Esse método pode ser usado tanto com líquidos a pressão atmosférica, como a uma 
pressão diferente. 
 
Caso não seja disponível um instrumento com a supressão necessária pode-se 
recorrer ao esquema ilustrado na fíg.7. 
 
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Métodos de purga de água (ou outro liquido), podem ser utilizados, quando houver 
possibilidade das tubulações pelo liquido do processo (fig. 8). 
 
 
Medidores de Radiação 
 
Um medidor de densidade do tipo de radiação emprega uma fonte radioativa de raios 
gama, presa a tubulação, e um detector radioativo no lado oposto (fig. 9). 
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Quando raios gama atravessam um fluido, eles são tanto mais absorvidos quanto 
maior a densidade. 
 
O detector de radiação é usualmente uma câmara de ionização, que contem um gás 
pressurizado entre dois metais diferentes. Quando submetida a radiação, gera-se 
uma corrente da ordem de 10⁻��A, que é amplificada e linearizada para se obter 
indicação, registro, controle ou totalização. 
 
 
Medidores de Peso, com Volume Fixo 
 
Visto que a densidade é igual a massa (ou peso), dividida pelo volume, a densidade 
pode ser medida preenchendo-se totalmente um volume conhecido com o liquido cuja 
densidade se quer determinar. 
Uma das formas usuais é a do tubo em "U" (fig. 10). 
 
O tubo em "U" é ligado ao processo por conexões flexíveis. A medição de peso é feita, 
geralmente, por equilíbrio de forças. 
 
 
 
 
 
 
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Medição da Densidade de Gases 
 
A medição da densidade de gases, tem duas finalidades: 
 
a) Determinação da composição de uma mistura de gases; 
b) Correção de medições de vazão.Um dos dispositivos que podem ser utilizados encontra-se ilustrado na fig.11. 
 
Variações na densidade do gás causam variações no empuxo do flutuador. A detecção 
do empuxo pode ser feita como ilustrado na figura, ou por técnicas de equilíbrio de 
forças. 
 
Medidores de Densidade por Vibração 
 
Medidores de densidade por vibração são constitui dos de uma lamina, que vibra no 
interior de um fluido (liquido ou gás). A freqüência de vibração é relacionada com a 
densidade por uma equação do seguinte tipo: 
 
 
em que A, B e C são constantes 
 
f é a freqüência (Hertz). 
 
t é o período (segundos). 
 
Um detector instalado próximo a lamina detecte a freqüência de oscilação. Esse sinal 
e amplificado em um transmissor, e energiza uma bobina colocada junto a lamina, com 
uma força mínima, para manter a oscilação na freqüência de ressonância do sistema.